(57)【要約】【課題】フランジ付六角ナット自体にゆるみ防止機能をもたせて、別部材等を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、簡易な構成としたフランジ付六角ナット、及びこれを用いたボルトナットを提供する。【解決手段】平面視六角形状をなすナット本体１１の座面側にフランジ部１３を有し、雌ねじ１５ａが形成されたボルト挿通孔１４を有するフランジ付六角ナット１において、ボルト挿通孔１４内の座面１３側に、雌ねじ１５ａの呼び径ｄ１とほぼ同一径の円筒内壁形状をなし、雌ねじ１５ａのほぼ２ピッチ分の高さを有する筒壁部１６を一体的に形成して、締め付け時における座面１３の座面圧力分布が、座面１３の外周側に分散しほぼ軸対称的に分布するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視六角形状をなすナット本体の座面側にフランジ部を有し、雌ねじが形成されたボルト挿通孔を有するフランジ付六角ナットにおいて、前記ボルト挿通孔内の座面側に、前記雌ねじの呼び径とほぼ同一径の円筒内壁形状をなして該雌ねじのほぼ２ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成し、
締め付け時における前記座面の座面圧力分布が、前記座面の外周側に分散しほぼ軸対称に分布するようにしたことを特徴とするフランジ付六角ナット。
【請求項２】
前記フランジ部の外径を、前記雌ねじの呼び径のほぼ２倍とし、
前記ナット本体の２面幅を、前記呼び径のほぼ１．５倍とし、
前記フランジ部のフランジ上面の前記座面に対する傾斜角度を、ほぼ４５°とし、
前記座面から前記フランジ上面と前記ナット本体との交線における上端位置までの高さを、前記雌ねじのほぼ３ピッチ分としたことを特徴とする請求項１に記載のフランジ付六角ナット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフランジ付六角ナットと、
雄ねじが形成された軸部の一端部側に平面視六角形状をなす頭部が設けられ、前記フランジ付六角ナットに螺合される六角ボルトと、からなるボルトナット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゆるみ防止機能を有するフランジ付六角ナット、及びこのフランジ付六角ナットと六角ボルトからなるボルトナットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の部材（被緊結部材）同士を締結・固定するための手段として、ボルト及びナット（ボルトナット）が広く用いられている。被緊結部材が振動し易い条件下にある場合には、ナットとして、例えば図４に示すようなフランジ付六角ナットが用いられる場合が多い。この図に示すフランジ付六角ナット１００においては、平面視六角形状をなすナット本体１０１の座面１０４側に、ナット本体１０１よりも大径とされたフランジ部１０２が形成されている。なお、符号１０３は、雌ねじ１０３ａが形成されたボルト挿通孔である。
【０００３】
こうしたフランジ付六角ナットは、通常の六角ナットと比較して、座面の面積、つまり被緊結部材との接触面積を広く確保することができるため、振動によるゆるみを、より発生させ難くすることができる。それでも、長期にわたる使用によりゆるみが発生することは避けられず、これが事故発生原因となるおそれがあり、定期的に増締めを行うなどのメンテナンスが必要である事が多い。
【０００４】
上記のゆるみには、大きく分けて２種類あるとされている。
そのうちの１つは、加工の際に発生した微小な凹凸部や形状誤差がある場合に、締め付け後の外力の影響によって局部的な塑性変形が進行して凹凸部が平坦化することによって生じる、接触部のへたりや微動摩耗等に起因するゆるみである。こうしたゆるみは、ナットが戻り回転しないにもかかわらず発生する。他の１つは、振動や衝撃的外力が加わることにより、ナットが戻り回転することにより発生するゆるみである。
【０００５】
前者の種類のゆるみは、ボルトやナットの加工精度を向上させる、或いは耐摩耗性の高い材料を用いる等といった対策を施すことで、比較的容易に防止することができる。一方、後者の種類のゆるみに対しては、特許文献１に記載されているようにかしめ部を設ける、あるいは、ボルトナットとは別の第３の部材をゆるみ防止用部材として用いる、等といった対策が施される場合が殆どであった。そのため、その構成が複雑となり、その結果、ボルトナットの耐久性を低下させてしまう等といった問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９９１２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ボルトあるいはナットが戻り回転することによりゆるみが発生する原因は、ボルトあるいはナットの座面圧力が非軸対称分布をしている場合に軸直角振動を受けることにより、ナットが戻り回転作用を受けるからであると考えられている。
ところが、これら座面圧力の非軸対称分布は、ボルトやナットの座面あるいはその接触面等の製作誤差等によって発生するばかりでなく、ボルトナットの構成自体から生ずる宿命的なものであることが、本願発明者らの検討によって確認された。すなわち、ボルトナットに形成された雄ねじ及び雌ねじは、その機能上、螺旋状で非軸対称形状に形成されており、その結果、座面圧力等の圧力分布もまた非軸対称性を有し、円周方向分布が一様とはならないのである。
【０００８】
こうしたことから、座面等における圧力を軸対称的に分布させることができれば、充分なゆるみ防止効果が得られると考えられる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フランジ付六角ナット自体にゆるみ防止機能をもたせて、別部材等を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、簡易な構成としたフランジ付六角ナット、及びこれを用いたボルトナットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、平面視六角形状をなすナット本体の座面側にフランジ部を有し、雌ねじが形成されたボルト挿通孔を有するフランジ付六角ナットにおいて、前記ボルト挿通孔内の座面側に、前記雌ねじの呼び径とほぼ同一径の円筒内壁形状をなして該雌ねじのほぼ２ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成し、締め付け時における前記座面の座面圧力分布が、前記座面の外周側に分散しほぼ軸対称に分布するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、雌ねじのほぼ２ピッチ分の高さを有する筒壁部を、ボルト挿通孔内の座面側に形成しているので、このフランジ付六角ナットをボルトに螺合させた際に、被締結部材との接触面となる座面の圧力分布を、外周側に分散させるとともに軸対称的な分布とすることができる。そのため、座面における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生してこれにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、フランジ付六角ナットのゆるみを的確に防止することができる。また、このフランジ付六角ナットに螺合されるボルトの、雄ねじの最大形状係数を低下させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフランジ付六角ナットであって、前記フランジ部の外径を、前記雌ねじの呼び径のほぼ２倍とし、前記ナット本体の２面幅を、前記呼び径のほぼ１．５倍とし、前記フランジ部のフランジ上面の前記座面に対する傾斜角度を、ほぼ４５°とし、前記座面から前記フランジ上面と前記ナット本体とが交わる位置までの高さを、前記雌ねじのほぼ３ピッチ分としたことを特徴とする。
【００１３】
フランジ部の外径、ナット本体の二面幅、フランジ上面の傾斜角度、及びフランジ上面とナット本体とが交わる位置までの高さ、といった各寸法をこのように設定することで、座面圧力分布の分散化及び軸対称化をより的確に図ることができ、フランジ付六角ナットのゆるみを更に的確に防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフランジ付六角ナットと、雄ねじが形成された軸部の一端部側に平面視六角形状をなす頭部が設けられ、前記フランジ付六角ナットに螺合される六角ボルトと、からなるボルトナットであることを特徴とする。
【００１５】
このようなボルトナットを用いて、被締結部材を緊結固定する際には、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とで被締結部材を狭持することとなる。このとき、フランジ付六角ナットの座面圧力分布は、上記の通り、外周側に分散されているとともに軸対称的な分布とされている。そして、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とは、作用・反作用の法則により、同様の力で被締結部材を押圧している。すなわち、六角ボルト頭部の座面においても、圧力分布が不均一であることによって発生する回転力が排除あるいは消失されるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントが増大されている。これにより、フランジ付六角ナット側のゆるみのみならず、六角ボルト側のゆるみも、的確に防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係る、ゆるみ防止機能を有するフランジ付六角ナットを示している。このフランジ付六角ナット１は、平面視六角形状（二面幅をｄ２とする）をなすナット本体１１の座面１３側に、フランジ径（フランジ部の外径）ｄ３のフランジ部１２を有するとともに、雌ねじ１５ａが形成されたボルト挿通孔１４を有する構成とされている。
【００１７】
フランジ部１２は、フランジ径ｄ３、フランジ厚さがｈｃであって、フランジ上面１２ｆが座面１３に対して傾斜角度がθで傾斜した円錐台形状をなして形成されている。このフランジ上面１２ｆと、ナット本体１１の六側面とは、各々円弧状の交線を形成して互いに接しており、この交線は、ナット本体１１の横方向のほぼ中央位置（中点）で、座面１３からの高さが最も高くなっている。この上端点（上端位置）を交点Ｉとして、また座面１３からこの交点Ｉまでの高さをフランジ上端高さｈｆとして、各々図示している。
【００１８】
ボルト挿通孔１４内の上端部側からの大部分は、ピッチがＰである雌ねじ１５ａが形成された、雌ねじ部１５とされている。そして、このボルト挿通孔１４内の座面１３側には、雌ねじ１５ａの呼び径ｄ１とほぼ同一径で、高さ（筒壁高さ）ｈｓの円筒内壁形状をなす筒壁部１６が、雌ねじ部１５に連なるように形成されている。この筒壁部１６は、雌ねじ１５ａを所定長さ分、つまり筒壁高さｈｓだけ切除したと同様の部分となっており、ボルトがボルト挿通孔１４に螺合された際に、ボルトに形成された雌ねじの山の頂部分のみが、線的に当接するようになっている。この筒壁部１６は、ボルト２を挿通し易くするとともに、締め付け時における座面の座面圧力分布を座面１３の外周側に分散させて、ほぼ軸対称に分布するようにさせる機能を有している。
【００１９】
この筒壁高さｈｓと、雌ねじ１５ａのピッチＰとは、ほぼ次の式（１）の関係となるように設定されている。
ｈｓ  ＝  ２Ｐ                          …式（１）
このように、筒壁部１６の筒壁高さｈｓを雌ねじ１５ａのほぼ２ピッチ分とすれば、ボルトと螺合された際の、座面１３における座面圧力分布を、この座面１３の外周側に分散させ、且つ軸対称的に分布させることができる。これにより、座面圧力の不均一分布によって発生するフランジ付六角ナット１の回転力を排除・消失させる作用と、座面圧力の外周側への分布化によって座面１３の摩擦抵抗モーメントを増大させる作用との、２つの作用が相俟って、ゆるみ防止効果を得ることができる。
【００２０】
筒壁部１６の筒壁高さｈｓが２ピッチ分よりも短い場合、例えば１ピッチ分程度であれば、座面圧力分布を軸対称分布させるには至らず、その結果、座面圧力は内周側、すなわちねじ直下部近傍に集中することとなり、座面圧力の不均一分布によるボルトあるいはナット回転作用を充分に排除、消失させることはできない。また逆に、筒壁高さｈｓが２ピッチ分よりも長い場合、例えば４ピッチ分程度であれば、今度は、座面圧力が座面の全範囲で一様に分布するようになり、その結果、座面の摩擦抵抗モーメントが減少して、摩擦力によるゆるみ防止効果を充分に得ることができなくなってしまう。
このため、充分なゆるみ防止機能を奏し得るための、筒壁部１６の筒壁高さｈｓは、雌ねじ１５ａのほぼ２ピッチ分の長さであるといえる。こうしたことは、本願発明者らが独自に鋭意検討した結果、見出したものである。
【００２１】
また、本願発明者らが検討した結果、このような筒壁部１６が形成されたフランジ付六角ボルト１を用いることにより、筒壁部のない通常のフランジ付六角ボルトを用いた場合と比較して、螺合されるボルトにおける雄ねじの最大形状係数を、約２０％程度低下させることが出来ることを見出した。すなわち、雄ねじへの過大な応力集中が生じ難くなるので、雄ねじの変形やへたり、破断等を抑制することができ、ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができる。
【００２２】
通常の六角ナットにおいて、このように雌ねじのほぼ２ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成することによって充分なゆるみ防止効果を得ることができることは、本願発明者らの検討により既に実証されている。そして本願発明者らは、こうした構成をフランジ付六角ナットに適用する場合には、このフランジ付六角ナットにおける各寸法を所定に設定することで、より好適な、更に大きなゆるみ防止効果が期待できることを見出した。これについて、以下に説明する。
【００２３】
このフランジ付六角ナット１において、上記した傾斜角度θ、呼び径ｄ１、二面幅ｄ２、フランジ径ｄ３、筒壁高さｈｓ、フランジ上端高さｈｆ、及びピッチＰといった各寸法は、ほぼ次の式（２）〜式（５）に示す関係となるように各々設定されている。
ｄ３  ＝  ２ｄ１                        …式（２）
ｄ２  ＝  １．５ｄ１                    …式（３）
θ  ＝  ４５°                        …式（４）
ｈｆ  ＝  ｈｓ＋Ｐ  ＝  ３Ｐ            …式（５）
なお、式（４）から、フランジ厚さｈｃは次の式（６）で与えられる。
ｈｃ  ＝  ｈｆ−（（ｄ３−ｄ２）／２）  …式（６）
【００２４】
このように設定することで、上記２つの作用、すなわち、座面圧力の不均一分布によって発生するフランジ付六角ナット１の回転力を排除・消失させる作用と、座面圧力の外周側への分布化による座面１３の摩擦抵抗モーメントが増大する作用とを、より的確に奏することができて、更に大きなゆるみ防止効果を得ることができる。
【００２５】
図２には、こうしたフランジ付六角ナット１と六角ボルト２とからなるボルトナットＡによって、被締付部材３１と３２とを締結し、一体に連結固定している状態を示している。ここで用いる六角ボルト２は、雄ねじ２１ａが形成された軸部２１の一端部側に、平面視六角形状をなす頭部２２が設けられているもので、フランジ付六角ナット１に螺合されている。
【００２６】
被締付部材３１，３２は、その厚さ方向に貫通する貫通孔３１ｈ，３２ｈを有しており、これら貫通孔３１ｈ及び３２ｈ内に、六角ボルト２の軸部２１が挿通されている。これら被緊結部材３１及び３２は、六角ボルト２の頭部２２の座面２３と、六角ボルト２の軸部２１と螺合しているフランジ付六角ナット１の座面１３とによって挟持され、一体に緊結固定されている。
【００２７】
ここで、上記のように、フランジ付六角ナット１の座面１３における圧力分布は、外周側に分散されるとともに軸対称的な分布となっている。そして、螺合されている六角ボルト２の座面２３における圧力分布もまた、作用・反作用の法則によって、外周側に分散されるとともに軸対称的な分布とされている。すなわち、六角ボルト２側においても、座面２３における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生してこれにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面２３の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、ボルトナットＡのゆるみは的確に防止される。
【００２８】
従来のフランジ付六角ナット１００と、上記フランジ付六角ナット１との、光弾性法による比較を、図３（ａ）及び（ｂ）に各々示す。この光弾性法とは、エポキシ樹脂等の特定の高分子材料で模型を作製し、荷重を付加した後に厚さ３ｍｍ程度にスライスし、偏光を通してこのスライス片を見て、応力分布状態を調べる応力測定法である。すなわち、偏光を通して見ることで、応力分布状態が縞模様の粗密として出現するため、この模様を解析することによって、応力分布状態を視覚的に調べることができる。図３（ａ）及び（ｂ）は、このときに撮影した写真（光弾性写真）である。
【００２９】
これらの写真においては、濃色の部分が接触圧力が集中している部分であり、こうした圧力集中部を符号Ｆとして示している。これらの図から、フランジ付六角ナット１の圧力は、従来のフランジ付六角ナット１００の圧力と比較して、外周側に分散していることがわかる。
【００３０】
本実施形態に係るフランジ付六角ナット１においては、雌ねじ１５ａのほぼ２ピッチ分の筒壁高さｈｆを有する筒壁部１６を、ボルト挿通孔１４内の座面１３側に形成しているので、このフランジ付六角ナット１をボルトに螺合させた際に、被締結部材との接触面となる座面１３の圧力分布を、外周側に分散させるとともに軸対称的な分布とすることができる。そのため、座面１３における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生して、これにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、フランジ付六角ナット１の被締付部材３１に対する回転を防止して、ゆるみを的確に防止することができる。このように、フランジ付六角ナット１にゆるみ防止機能をもたせているので、別部材を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、その構成を簡易なものとしながら、ゆるみを的確に防止することができる。
【００３１】
また、このフランジ付六角ナット１を用いることで、螺合されるボルトの雄ねじの最大形状係数を、約２０％程度低下させることができる。すなわち、雄ねじへの過大な応力集中が生じ難くなるので、雄ねじの変形、へたり、破断等を抑制することができ、ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができる。
【００３２】
更に、上記した傾斜角度θ、呼び径ｄ１、二面幅ｄ２、フランジ径ｄ３、筒壁高さｈｓ、フランジ上端高さｈｆ、及びピッチＰといった各寸法を、式（２）〜式（５）のように設定することで、座面圧力分布の分散化及び軸対称化をより的確に図ることができ、フランジ付六角ナット１のゆるみを更に的確に防止することができる。
【００３３】
更に、フランジ付六角ナット１と六角ボルト２からなるボルトナットＡを用いて、被締結部材３１，３２を緊結し固定する際には、フランジ付六角ナット１の座面１３と、六角ボルト２の頭部２２の座面２３とで、被締結部材３１，３２を狭持することとなる。このとき、フランジ付六角ナット１の座面圧力分布は、外周側に分散されているとともに軸対称的な分布とされている。そして、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とは、作用・反作用の法則により、同様の力で被締結部材を押圧している。すなわち、六角ボルト頭部の座面においても、圧力分布が不均一であることによって発生する回転力を排除あるいは消失されるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントが増大されている。これにより、フランジ付六角ナット１側のゆるみのみならず、六角ボルト２側のゆるみも、的確に防止することができる。
【００３４】
また、上記のように、六角ボルト２の雄ねじ２１ａの最大形状係数を、約２０％程度低下させることができるため、雄ねじ２１ａの変形、へたり、破断等を抑制することができ、六角ボルト２の耐久性を大幅に向上させて長寿命化を図ることができ、ねじ強度上の有利な効果を奏することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフランジ付六角ナットおいては、上記の如き構成を採用しているので、フランジ付六角ナット自体にゆるみ防止機能をもたせて、別部材等を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、簡易な構成とすることができる。
また、このフランジ付六角ナットと、六角ボルトとを用いたボルトナットにおいては、六角ボルトの雄ねじの最大形状係数を、約２０％程度低下させることができるため、雄ねじの変形や破断等を抑制することができ、六角ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができ、ねじ強度上の有利な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフランジ付六角ナットの一実施形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面側面図である。
【図２】図１に示したフランジ付六角ナットと六角ボルトとの締め付け時を示す側断面図である。
【図３】（ａ）は従来のフランジ付六角ナットの応力分布状態を示す光弾性写真、（ｂ）は本発明の一実施形態に係るフランジ付六角ナットの応力分布状態を示す光弾性写真である。
【図４】従来のフランジ付六角ナットの一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
Ａ  ボルトナット
１  フランジ付六角ナット
１１  ナット本体
１２  フランジ部
１３  座面
１４  ボルト挿通孔
１５  雌ねじ部
１５ａ  雌ねじ
１６  筒壁部
２  六角ボルト
２１  軸部
２１ａ  雄ねじ
２２  頭部
２３  座面
ｄ１  呼び径
ｄ２  二面幅
ｄ３  フランジ径（フランジ部の外径）
ｈｆ  フランジ上端高さ
ｈｓ  筒壁高さ
ｈｃ  フランジ厚さ
Ｉ  交点
Ｐ  ピッチ
【図１】
2005061442.tif 000003
【図２】
2005061442.tif 000004
【図３】
2005061442.tif 000005
【図４】
2005061442.tif 000006